제트비행기가 등장하기 전까지 하늘을 누빈 비행기는 비행기 몸체 앞부분이나 날개에 프로펠러가 달린 프로펠러 비행기들이었다.
프로펠러 비행기의 등장을 보통은 1903년 라이트 형제의 최초 비행때라고 생각하지만, 실제로는 1871년 프랑스의 알폰스페노에 의해 그 개념이 등장했다.
알폰스페노는 고무줄을 동력으로 하는 프로펠러 비행기 장난감인 프로노포(Planophore)를 만들었는데, 약 11초간 40m를 비행했다고 한다.
이때부터 비행기의 양력과 추력을 만드는 가장 좋은 방법으로 프로펠러 방식이 각광을 받았으며, 1939년 최초의 제트 비행기인 독일의 He178이 등장하기 전까지 약 40년간 하늘을 지배하는 비행 수단이 되기도 했다.
프로펠러 비행기는 제트비행기보다 성능이 떨어지는 것으로 생각하지만 실제로는 제트엔진에 비해 속도가 느린 것을 빼고는 무척이나 효율적이며 우수하다.프로펠러 비행의 특징은 정지 상태에서 엔진을 작동시키면 바로 안정적인 추력을 발생시킬 수 있고, 느린속도로 비행할때 비행기의 속도제어나 안정적인 비행이 가능하다.
또한 연료소비에 있어서도 적당한 회전속도를 유지하면서 비행이 가능하기 때문에 제트엔진보다 그 효율성이 좋다.
하지만 속도만큼은 제트엔진에 비해 떨어지는 것이 단점이기도 하다.
최근 등장하는 초고속 프로펠러 비행기의 경우 음속에 가까운 속도인 마하 0.87의 속도까지 낼 수 있지만, 여전히 프로펠러 비행기에 있어 음속돌파는 불가능에 가깝다.
그 이유는 뒤에 자세히 설명하겠지만 프로펠러 방식이 가진 한계점이 있기 때문이다.
그렇다면 프로펠러 비행기는 어떤 원리로 하늘을 나는 것일까?
프로펠러가 날개깃(blade)을 고속으로 회전시키면 프로펠러 날개깃이 프로펠러 앞으로 진입하는 공기를 압축하여 뒤로 내보내면서 비행기를 압축된 공기의 반대방향으로 내보내려는 추력이 발생한다.
프로펠러 날개의 추력발생원리는 비행기 날개에서 양력이 발생하는 것과 똑같은 원리인데, 빠르게 이동하는 공기가 유선형으로 된 날개를 지나면서 공기의 압력차로 인해 양력이나 추력을 만들어 낸다.
프로펠러와 날개의 차이는 날개는 고정된 형태에서 지표면을 기준으로 수직으로 작용하는 양력을 만들어 낸다면 프로펠러는 고속으로 회전하면서 인위적으로 공기의 압력차를 만들어 지표면에 수평으로 작용하는 추력을 만들어 내는 것이 다른 점이다.
단순한 형태로 보여지는 프로펠러 비행기도 그 날개깃의 개수와 프로펠러 개수, 프로펠러가 장착된 위치 등에 따라 다양하게 분류된다.
우선 날개깃 숫자에 따른 분류는 프로펠러 엔진이 가지는 날개깃 숫자에 따라 2엽, 3엽, 4엽, 6엽 8엽 프로펠러 비행기로 분류되며 보통은 프로펠러 수가 많을수록 더 강력한 추력과 안정적이며 빠른 속도를 낼 수 있다.
하지만 날개깃이 많을수록 엔진의 효율이 많이 떨어지기 때문에 고성능 터보프롭엔진을 장착한 대형기체에 많이 사용된다.
이에 반면 빠른 속도보다는 느린 속도에 고효율을 필요로 하는 경비행기에는 2~3엽의 프로펠러가 주로 사용된다.
프로펠러 개수에 의한 분류는 단일 프로펠러 비행기와 프로펠러 날개가 2개 연속으로 달린 2중 프로펠러 비행기가 있다.
보통 2중 프로펠러 비행기는 한쪽방향으로 회전하는 프로펠러 비행기의 특성상 프로펠러 회전반대 방향으로 발생하는 토크현상을 방지하기 위해 서로 반대 방향으로 회전하는 2중 반전식 프로펠러가 많이 사용된다.
프로펠러 엔진의 장착 위치에 따른 분류는 견인식과 추진식으로 나뉘는데, 견인식은 프로펠러가 비행기 앞부분이나 날개에 장착되어 프로펠러가 비행기를 견인하듯 비행하는 방식을 말하며, 추진식은 프로펠러가 비행기 몸체 끝이나 날개 끝에 달려 비행기를 밀어 내듯이 비행하는 방식을 말한다.
현재 우리가 보는 대부분의 프로펠러 비행기는 견인식 프로펠러 비행기가 대부분이며 추진식 프로펠러 비행기는 우리나라 한국항공우주연구원에서 개발한 선미익 프로펠러 비행기인 반디호가 있다.